音響トランスデューサ
【課題】低周波数の音響放射ができると共に音響トランスデューサの小型化および軽量化を実現する。
【解決手段】空中または水中などの媒質Ｍに音波を放射する音響トランスデューサ１ａにおいて、音響トランデューサ１ａの中心部に延在するシャフト（軸部材）２と、シャフト２を中心軸とし径方向に交互に配列されていて円筒を径方向に分割した形状の第一および第二の音響放射板４、５とシャフト２の周囲に軸方向を同じくして配列されたチャネル３と、シャフト２およびチャネル３と連結し圧電振動子（振動子）８を備える屈曲振動板（板部材）７とを備え、第一の音響放射板５は、軸部材の軸に交差する平面における断面形状が外側に湾曲し、第二の音響放射板６は軸部材の軸に交差する平面における断面形状が外側に湾曲している。
【解決手段】空中または水中などの媒質Ｍに音波を放射する音響トランスデューサ１ａにおいて、音響トランデューサ１ａの中心部に延在するシャフト（軸部材）２と、シャフト２を中心軸とし径方向に交互に配列されていて円筒を径方向に分割した形状の第一および第二の音響放射板４、５とシャフト２の周囲に軸方向を同じくして配列されたチャネル３と、シャフト２およびチャネル３と連結し圧電振動子（振動子）８を備える屈曲振動板（板部材）７とを備え、第一の音響放射板５は、軸部材の軸に交差する平面における断面形状が外側に湾曲し、第二の音響放射板６は軸部材の軸に交差する平面における断面形状が外側に湾曲している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空中または水中に音波を放射する音響トランスデューサ（電気音響変換器）に関し、特に、低周波数において効率よく音波を放射できる音響トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
水などの媒質中に音波を放射する音響トランスデューサは、海洋観測などの分野に使用されている。使用する音波の周波数が低周波になるほど、減衰が少なく伝搬特性が良好で遠距離まで音響放射を行うことができるので、近年では、音響放射面の周囲にある水などの媒質を多く排除することによって低周波の音波を放射する音響トランスデューサが実用化されている。
【０００３】
水中で使用される従来の音響トランスデューサは、ボルト締めランジュバン型トランスデューサ、円筒型トランスデューサ、フレクステンショナル型トランスデューサ、屈曲円板型トランスデューサ、バレルステーブ型トランスデューサなど多くの方式が現用されている。
【０００４】
非特許文献１によれば、図９（ａ）、（ｂ）に示すボルト締めランジュバントランスデューサ（その形状からトンピルツ型トランスデューサとも呼ばれる）１０１は、複数の円環状圧電振動子１０２を備える振動子モジュール１０３の一方の端面に音響放射板１０４が設けられている。そして、振動子モジュール１０３自体が1／２波長の縦振動する振動モードを用いて音響放射板１０４から音響放射している。
また、図１０（ａ）、（ｂ）に示す円筒型トランスデューサ１１１は、円筒型振動子１１２の外周面に音響放射板１１４が設けられている。そして、円筒型振動子１１２自体の径方向の呼吸振動モード、すなわち円筒の円周長上に１波長の縦振動が形成されるモードを用いて音響放射板１１４から音響放射している。
【０００５】
また、図１１（ａ）、（ｂ）に示すフレクステンショナル型トランスデューサ１２１は、振動子そのものの共振を利用して直接水中に音波を放射するのではなく、振動子１２２の振動をその断面が楕円形状の楕円シェルを用いた屈曲音響放射板１２４の屈曲振動に変換して振幅を拡大し、屈曲音響放射板１２４のたわみ振動を利用して振動子１２２の発生する変位を音響放射している。
また、特許文献１によれば、図１２に示す屈曲円板型トランスデューサ１３１は、円板状の振動子１３２を屈曲音響放射板１３４に接着し、屈曲音響放射板１３４のたわみ共振を使用するなどして、振動子１３２の発生する変位を音響放射している。
これらの音響トランスデューサ１２１、１３１は、縦振動よりも低周波数での共振周波数が得やすい屈曲振動を利用した屈曲音響放射板１２４、１３４を用いることにより、多くの媒質を排除することができる。
【０００６】
また、特許文献２によれば、図１３に示すバレルステーブ型トランスデューサ１４１は、屈曲した音響放射板１４４が外周部に複数配設されており、隣り合う音響放射板１４４との間には隙間ｄ１が設けられている。
【０００７】
一方、空中で一般に使用されている動電型のスピーカ（音響トランスデューサ）は、電磁気力によって振動するコイルの振動をコーン紙に伝えて、コーン紙から音響放射を行っている。
空気への音響放射においては、音響放射インピーダンスが小さいので、紙など軽量の材質で大きな媒質排除体積を確保することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３４４５８２号公報
【特許文献２】米国特許第４９２２４７０号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「海洋音響の基礎と応用（海洋音響学会編）」、成山堂書店、平成１６年４月２８日、ｐ．５８−６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の音響トランスデューサでは以下のような問題があった。
図９に示すボルト締めランジュバントランスデューサ１０１、図１０に示す円筒型トランスデューサ１１１において媒質排除体積を大きくするためには、振動子の長さや径を大きくして音響放射板の変位を大きくする必要があり、音響トランスデューサ自体の寸法が大きくなると共に重量が重くなってしまうという問題があった。そこで、これらの音響トランスデューサは寸法などの制限から概ね１ｋＨｚ以上の周波数で使用されているのが現状である。
【００１１】
また、図１１に示すフレクステンショナル型トランスデューサ１２１、図１２に示す特許文献１による屈曲円板型トランスデューサ１３１において媒質排除体積を増大させるためには、音響放射板の面積を増加する必要があり、この場合も音響トランスデューサ自体の寸法が大きくなると共に重量が重くなってしまう。
特に、屈曲振動板に質量が大きな圧電セラミックが使用されている場合には、振幅の大きい場所に大きな質量を有する構造になることとなり、低い共振周波数が得られるが、重量が重くなると共に共振周波数の先鋭度が高くなり、広帯域での音響放射には適さないという問題があった。
【００１２】
また、図１３に示すバレルステーブ型トランスデューサ１４１は、隣り合う音響放射板間に隙間が必要なため、水密のために全体をモールドすると、水圧により隙間ｄ１の振動が阻害されて音響放射の効率が低下することがあった。
また、空中で使用されている動電型のスピーカも、媒質排除体積を増大させるためには、より大きなコーン紙を用いることが行われ、結果としてスピーカの寸法が大きくなってしまう。また、圧電スピーカのように圧電振動子を振動板に張り合わせて音響放射する方式の場合においても、媒質排除体積を増大させるためには、振動板の直径を大きくする必要があった。
【００１３】
また、水中航走体や曳航体に音響トランスデューサを装備する場合に、その比重は媒質（水）の比重に近いかむしろ小さいことが望まれる。比重が媒質より大きいと、水中航走体の場合は音響トランスデューサを浮かせるための浮力材を必要とし、浮力体を設けるスペースが無い曳航体の場合は音響トランスデューサが下垂してしまう。従来の低周波数の音響放射が可能な音響トランスデューサには、振動子に圧電セラミックが使用されている割合が多く、その比重は１以上となっている。
【００１４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、振動子や音響放射板の形状を大きくせずに音響放射板の周囲にある媒質を効率よく排除できる音響トランスデューサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明に係る音響トランスデューサは、空中または水中に音波を放射する音響トランスデューサにおいて、前記音響トランデューサの中心部に延在する軸部材と、前記軸部材の周囲に軸方向を同じくして配列された４以上の偶数のチャネルと、隣り合う前記チャネル間に配設された円筒を径方向に分割した形状で音響放射板と、前記軸部材および前記チャネルと連結し振動子を備える板部材とを備え、前記軸部材に近づく方向に湾曲する前記音響放射板と前記軸部材から離れる方向に湾曲する前記音響放射板とが交互に配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、音響放射板や振動子の大きさ大きくせずに音響放射面の周囲にある媒質を効率よく排除できるので、低周波数の音響放射ができると共に音響トランデューサの小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は図１に示す音響トランスデューサの動作を説明する図である。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は第一の実施の形態による圧電振動子の配設方法を示す図である。
【図４】第二の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は第二の実施の形態による圧電振動子の配設方法を示す図である。
【図６】第三の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図である。
【図７】（ａ）は第四の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】第五の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図である。
【図９】（ａ）は従来のボルト締めランジュバン型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】従来の円筒型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】従来のフレクステンショナル型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１２】従来の屈曲円板型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１３】従来のバレルステーブ型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の第一の実施の形態による音響トランスデューサについて、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、第一の実施の形態による音響トランスデューサ１ａは、中心部に延在するシャフト（軸部材）２の周囲に軸方向を同じくして８本のチャネル３が配設されている。シャフト２はチャネル３よりも軸方向に長く形成されて、シャフト２の先端部２ａと各チャネル３の先端部３ａとは連結部材４によって連結されている。
シャフト２を中心に周方向に隣り合うチャネル３間には、第一および第二の音響放射板５、６が交互に配設されている。
【００１９】
第一および第二の音響放射板５、６は、可撓性を有し、水などの媒質Ｍに音波を放射する部材である。第一の音響放射板５は、隣り合うチャネル３または連結部材４の間に配設された際に、径方向外側（媒質Ｍ側）に湾曲している。第二の音響放射板６は、隣り合うチャネル３または連結部材４の間に配設された際に、径方向内側（シャフト２側）に湾曲している。ここで、配設された第一および第二の音響放射板５、６に対してシャフト２側を内側とし、媒質Ｍ側を外側として以下説明する。
【００２０】
また、隣り合う連結部材４間にも第一の音響放射板５と底面の曲率半径を同じくする部分円錐面をなす第三の音響放射板５ａと第二の音響放射板６と底面の曲率半径を同じくする部分円錐面をなす第四の音響放射板６ａが交互に配設されている。
第一、第二、第三、第四の音響放射板５、６、５ａ、５ｂは、合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成され、ハニカム構造の部材である。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、シャフト２との周囲には放射状に板状の屈曲振動板７が配設されており、屈曲振動板７はシャフト２およびチャネル３と連結されている。屈曲振動板７の片面には板状の圧電振動子（振動子）８が接着されている。この屈曲振動板７と圧電振動子８はユニモルフ構造の屈曲振動モジュール９を形成している。
屈曲振動板７はチャネル３を介して第一および第二の音響放射板５、６に連結されている。
チャネル３および屈曲振動板７は合成樹脂や合成樹脂を含む材料で形成され、ハニカム構造または積層構造の部材とする。なお、チャネル３は金属やセラミックなどの密度の高い材料によって形成されていてもよい。
このように構成された音響トランスデューサ１ａの全体は、図示しない合成樹脂などによってモールドされており、周囲の水などの媒質Ｍから電気的に絶縁されている。なお、モールドの材料は合成樹脂に限らず、所要の耐水圧性により、モールドの材料や厚さを最適に設定すればよい。
【００２２】
次に、第一の実施の形態による音響トランスデューサ１ａの動作について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電振動子８は所定の印加電圧を受けると伸縮しようとする変位が発生する。圧電振動子８が屈曲振動板７に接着されているので、圧電振動子８の変位によって屈曲振動板７は屈曲する変位を発生する。
そして、屈曲振動板７が変位することによってチャネル３が変位し、チャネル３と連結された第一および第二の音響放射板５、６が変位する。また、連結部材４間に配設された第三および第四の音響放射板５ａ、６ｂも連結部材４を介して伝達するチャネル３の変位にあわせて変位する。
【００２３】
第一および第二の音響放射板５、６による媒質排除について、図面を用いて説明する。
隣り合う第一および第二の音響放射板５、６は、それぞれ湾曲した形状をしており、隣り合うチャネル３の間隔が大きくなると湾曲の曲率（撓み）が小さくなる変位をし、隣り合うチャネル３の間隔が小さくなると湾曲の曲率（撓み）が大きくなる変位をする。
ここで、第一の音響放射板５は、チャネル３の間隔が大きくなると、図２（ｂ）に示すように湾曲の曲率が減り媒質排除が減る内側方向への変位となり、チャネル３の間隔が狭くなると、図２（ａ）に示すように湾曲の曲率が増え媒質排除が増す外側方向への変位となる。
一方、第二の音響放射板６は、チャネル３の間隔が大きくなると、図２（ａ）に示すように湾曲の曲率が減り媒質排除の増える外側方向への変位となり、チャネル３の間隔が狭くなると、図２（ｂ）に示すように湾曲の曲率が増え媒質排除の減る内側方向への変位となる。
このとき、連結部材４間に配設された第三および第四の音響放射板５ａ、６ｂも連結部材４を介して伝達するチャネル３の変位にあわせて変位し、第一および第二の音響放射板５、６と同様に変位することとなる。
【００２４】
隣り合う屈曲振動モジュール９は、その屈曲方向が逆方向となり、チャネル３側の端部の変位がそれぞれ近づく変位と遠ざかる変位となるように、圧電振動子８の貼付位置、圧電振動子８の分極方向、圧電振動子８を接続するリード線の接続方向を調整する。
例えば、図３（ａ）に示すように、シャフト２を中心とする周方向において、隣り合う圧電振動子８の分極方向を逆向きとし、各屈曲振動板７に対して圧電振動子８を接着する面を交互に変える。
また、例えば、図３（ｂ）に示すように、シャフト２を中心とする周方向において、隣り合う圧電振動子８の分極方向を逆向きとし、各屈曲振動板７に対して圧電振動子８を接着する面を同じとする。
また、例えば、図３（ｃ）に示すように、シャフト２を中心とする周方向において、隣り合う圧電振動子８の分極方向を同じ向きとし、各圧電振動子８を交互に接続する。
このように圧電振動子８を配設することによって、ある２つの隣り合う屈曲振動板７が離れる変位をして、これらの屈曲振動板７と連結したチャネル３間の間隔が広くなると、これらの屈曲振動板７は、もう一方の隣に配設された屈曲振動板７とは近づく変位をし、これらの屈曲振動板７と連結したチャネル３間の間隔が狭くなる。
【００２５】
そして、隣り合うチャネル３間には第一及び第二の音響放射板５、６が交互に配設されていることから、駆動電圧の印加により第一及び第二の音響放射板５、６の媒質排除の方向は、図２にしめすような全体で外向きの媒質排除方向となるか図３に示す全体で内向きの媒質排除方向になる。
このとき、シャフト２に対して回転対称となるように同じ構造の屈曲振動モジュール９を放射状に複数配置することにより変位のバランスを保つことができる。 そして、この変位が駆動電圧により繰り返し発生することから、シャフト２を中心として周囲に均一に音響放射することが可能となる。
なお、第一および第二の音響放射板５、６は使用する周波数に基づく音響負荷等を勘案して最適な屈曲率に設定する。
【００２６】
このとき、シャフト２と連結部材４との間隔は、シャフト２の先端部２ａに近づくにつれて狭くなることにより、連結部材４や第三および第四の音響放射板５ａ、６ｂの変位を徐々に変化させることができ、シャフト２の先端部２ａ付近の変位の低減を避けることが可能となる。
また、屈曲振動モジュール９の屈曲振動の共振周波数を第一および第二の音響放射板５、６の共振周波数と一致させることにより、第一および第二の音響放射板５、６の変位と屈曲振動板７の変位とを重畳させることができ、より電気音響変換効率をあげることができる。
また、放射する音響周波数すなわち駆動電圧の周波数に、屈曲振動モジュール９と第一および第二の音響放射板５、６の共振周波数を一致させる構造とすることによりさらに電気音響変換効率をあげることができる。
【００２７】
次に、第一の実施の形態による音響トランスデューサの作用効果について、図面を用いて説明する。
第一の実施の形態による音響トランスデューサ１ａは、外側に湾曲した第一および第三の音響放射板５、５ａと内側に湾曲した第二および第四の音響放射板６、６ａとが交互に配設されて、その曲率を変化させて音響放射をすることから、平面的な音響放射板を使用した従来の音響トランスデューサと比べて変位を拡大できて、大きな音響排除体積が確保でき、低周波数の音響放射を実現できる作用効果を奏する。
また、屈曲振動板７に圧電振動子８を接着することにより、屈曲振動板７が屈曲振動するので、縦振動よりも共振周波数を低くすることができ、出力周波数を低くすることができる。
また、第一および第二の音響放射板５、６が湾曲し、これらが交互に配列されていて、その曲率を変化させて効率的に媒質排除を行っているので、圧電振動子８や第一および第二の音響放射板５、６の形状を大きくする必要がなく、音響トランスデューサ１ａの軽量化を図ることができる。
【００２８】
また、第一及び第二の音響放射板５、６は、合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されてハニカム構造の部材とすることにより軽量でかつ強度が保たれた部材とすることができ、音響トランスデューサ１ａの軽量化を図ることができる。
また、チャネル３および屈曲振動板７を合成樹脂または合成樹脂を含む材料をハニカム構造や積層構造に形成した部材とすることにより軽量でかつ強度が確保された部材とすることができ、音響トランスデューサ１ａの軽量化を図ることができる。
なお、第一及び第二の音響放射板５、６、屈曲振動板７およびチャネル３は、金属など他の材料を用いてもよいことはいうまでもない。
【００２９】
次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図４に示すように、第二の実施の形態による音響トランスデューサ１ｂは、各屈曲振動板１７の両側に圧電振動子１８が接着されている、この屈曲振動板１７と圧電振動子１８とで屈曲振動モジュール１９が構成されている。
このとき、シャフト１２中心として周方向に隣り合う屈曲振動板１７の変位方向が逆方向となるように、圧電振動子１８の分極方向および接続を調整する。
例えば、図５（ａ）に示すように。屈曲振動板１７の両面に同じ分極方向の圧電振動子を配設し、隣り合う屈曲振動板１７では圧電振動子１８の分極方向が逆となるようにする。
また、例えば、図５（ｂ）に示すように、屈曲振動板１７の両面に逆の分極方向の圧電振動子１８を配設し、これらの圧電振動子１８の接続方向を逆にし、隣り合う屈曲振動板１７では圧電振動子１８の分極方向が逆となるようにする。
【００３０】
第二の実施の形態による音響トランスデューサ１ｂによれば、屈曲振動板１７の両面に圧電振動子１８が接着されているので、第一の実施の形態と比べて確実に屈曲振動板１７を屈曲振動させることができる。
【００３１】
図６に示すように、第三の実施の形態による音響トランスデューサ１ｃは、第一の実施の形態による屈曲振動モジュール９の代わりに、シャフト２２の周囲に放射状に配設されて、シャフト２２およびチャネル２３と連結した可撓性を有する変位拡大板２７と、隣り合う変位拡大板２７の間のシャフト２近傍に設けられた圧電振動子スタック２８とを備える構造である。 変位拡大板２７は合成樹脂や合成樹脂を含む材料で形成し、ハニカム構造や積層構造の部材とする。
圧電振動子スタック２８は、板状の圧電振動子が積層された構造で、ある圧電振動子スタック２８の一方が伸長すると、その圧電振動子スタック２８と隣り合う圧電振動子スタック２８が縮小するように、圧電振動子スタックを構成する圧電振動子の接続線の極性を交互に反転させる、あるいは圧電振動子の分極方向を逆にするなどして調整する。そして、この伸長する圧電振動子スタック２８と縮小する圧電振動子スタック２８とを交互に各変位拡大板２７間に配設する。
【００３２】
圧電振動子スタック２８が変位し伸張すると、その両端に連結された変位拡大板２７が離れる方向に変位する。このとき、圧電振動子スタック２８はシャフト２２近傍に配設されているので、変位拡大板２７のチャネル２３側の端部は圧電振動子スタック２８の伸縮よりも大きく変位し、チャネル２３を大きく変位させることができる。そして、チャネル２３が大きく変位することによって、圧電振動子スタック２８の振動は拡大されて第一および第二の音響放射板２５、２６に伝達し、第一および第二の音響放射板２５、２６はその曲率を大きく変化させて変位し媒質排除を行うことができる。
また、圧電振動子スタック２８が変位し縮小する場合も、圧電振動子スタック２８の変位が第一および第二の音響放射板２５、２６に拡大して伝達される。
このとき、変位拡大板２７の屈曲振動の共振周波数を第一および第二の音響放射板２５、２６の共振周波数と一致させることにより、より電気音響変換効率をあげることができる。また、放射する音響周波数すなわち駆動電圧の周波数に、変位拡大板２７と第一および第二の音響放射板２５、２６の共振周波数を一致させる構造とすることによりさらに電気音響変換効率をあげることができる。
【００３３】
第三の実施の形態による音響トランスデューサ１ｃによれば、圧電振動子スタック２８が変位拡大板２７のシャフト２２近傍に設けられていることにより、圧電振動子スタック２８の変位が拡大されて第一および第二の音響放射板２５、２６に伝達するので、圧電振動子スタック２８の変位に対して第一および第二の音響放射板２５、２６による媒質排除を大きくさせることができる。
【００３４】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第四の実施の形態による音響トランスデューサ１ｄは、シャフト３２の両端部３２ａにエンドプレート４１が設けられていて、第一の実施の形態による連結部材は設けられていない構成である。チャネル３３の先端部３３ａおよび第一および第二の音響放射板３５、３６の端部３５ａ、３５ｂと、エンドプレート４１との間には緩衝材４２が設けてられている。そして、エンドプレート４１と、屈曲振動モジュールと３９の間には隙間ｄが設けられている。
このとき、所要の耐水圧性により緩衝材４２の硬軟や厚さ、モールドの材料や厚さを最適に設定する。
第四の実施の形態による音響トランスデューサ１ｄによれば、第一の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００３５】
図８に示すように、第五の実施の形態による音響トランスデューサ１ｅでは、第一の実施の形態による連結部材や第四の実施の形態によるエンドプレートを設けず、第一および第二の音響放射板５５、５６の両面に媒質Ｍが接触する構成である。
第五の実施の形態によれば、チャネル５３と第一および第二の音響放射板５５、５６で筒部を構成し、その内部の水（媒質Ｍ）の水柱共振を利用することや、この筒部の内部に、小さな貫流孔を備える容器を設けてヘルムホルツの共鳴構造とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の活用例として、水中または空中に音響を放射する送波器として利用することが考えられる。
【００３７】
以上、本発明による音響トランスデューサの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、シャフトを中心に８本のチャネルを配設しているが、チャネルの数はそのほかの数としてもよい。
例えば、上述した実施の形態では、第一及び第二の音響放射板は合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていて、この材料をハニカム構造の部材としているが、そのほかの材料で形成されてもよい。
また、上記の実施の形態ではチャネル３および屈曲振動板７は合成樹脂や合成樹脂を含む材料で形成し、ハニカム構造や積層構造の部材としているが、このほかの材料で形成されてもよく、ハニカム構造や積層構造の部材でなくてもよい。
また、上記の第三の実施の形態では変位拡大板２７は合成樹脂や合成樹脂を含む材料で形成し、ハニカム構造や積層構造としているが、このほかの材料で形成されてもよく、ハニカム構造や積層構造でなくてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ 音響トランスデューサ
２、１２、２２、３２、 シャフト（軸部材）
３、１３、２３、３３、５３ チャネル
４ 連結部材
５、１５、２５、３５、５５ 第一の音響放射板
５ａ 第三の音響放射板
６、１６、２６、３６、５６ 第二の音響放射板
６ａ 第四の音響放射板
７、１７ 屈曲振動板
８、１８圧電振動子（振動子）
４１ エンドプレート
４２ 緩衝材
ｄ 隙間
Ｍ 媒質
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空中または水中に音波を放射する音響トランスデューサ（電気音響変換器）に関し、特に、低周波数において効率よく音波を放射できる音響トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
水などの媒質中に音波を放射する音響トランスデューサは、海洋観測などの分野に使用されている。使用する音波の周波数が低周波になるほど、減衰が少なく伝搬特性が良好で遠距離まで音響放射を行うことができるので、近年では、音響放射面の周囲にある水などの媒質を多く排除することによって低周波の音波を放射する音響トランスデューサが実用化されている。
【０００３】
水中で使用される従来の音響トランスデューサは、ボルト締めランジュバン型トランスデューサ、円筒型トランスデューサ、フレクステンショナル型トランスデューサ、屈曲円板型トランスデューサ、バレルステーブ型トランスデューサなど多くの方式が現用されている。
【０００４】
非特許文献１によれば、図９（ａ）、（ｂ）に示すボルト締めランジュバントランスデューサ（その形状からトンピルツ型トランスデューサとも呼ばれる）１０１は、複数の円環状圧電振動子１０２を備える振動子モジュール１０３の一方の端面に音響放射板１０４が設けられている。そして、振動子モジュール１０３自体が1／２波長の縦振動する振動モードを用いて音響放射板１０４から音響放射している。
また、図１０（ａ）、（ｂ）に示す円筒型トランスデューサ１１１は、円筒型振動子１１２の外周面に音響放射板１１４が設けられている。そして、円筒型振動子１１２自体の径方向の呼吸振動モード、すなわち円筒の円周長上に１波長の縦振動が形成されるモードを用いて音響放射板１１４から音響放射している。
【０００５】
また、図１１（ａ）、（ｂ）に示すフレクステンショナル型トランスデューサ１２１は、振動子そのものの共振を利用して直接水中に音波を放射するのではなく、振動子１２２の振動をその断面が楕円形状の楕円シェルを用いた屈曲音響放射板１２４の屈曲振動に変換して振幅を拡大し、屈曲音響放射板１２４のたわみ振動を利用して振動子１２２の発生する変位を音響放射している。
また、特許文献１によれば、図１２に示す屈曲円板型トランスデューサ１３１は、円板状の振動子１３２を屈曲音響放射板１３４に接着し、屈曲音響放射板１３４のたわみ共振を使用するなどして、振動子１３２の発生する変位を音響放射している。
これらの音響トランスデューサ１２１、１３１は、縦振動よりも低周波数での共振周波数が得やすい屈曲振動を利用した屈曲音響放射板１２４、１３４を用いることにより、多くの媒質を排除することができる。
【０００６】
また、特許文献２によれば、図１３に示すバレルステーブ型トランスデューサ１４１は、屈曲した音響放射板１４４が外周部に複数配設されており、隣り合う音響放射板１４４との間には隙間ｄ１が設けられている。
【０００７】
一方、空中で一般に使用されている動電型のスピーカ（音響トランスデューサ）は、電磁気力によって振動するコイルの振動をコーン紙に伝えて、コーン紙から音響放射を行っている。
空気への音響放射においては、音響放射インピーダンスが小さいので、紙など軽量の材質で大きな媒質排除体積を確保することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３４４５８２号公報
【特許文献２】米国特許第４９２２４７０号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「海洋音響の基礎と応用（海洋音響学会編）」、成山堂書店、平成１６年４月２８日、ｐ．５８−６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の音響トランスデューサでは以下のような問題があった。
図９に示すボルト締めランジュバントランスデューサ１０１、図１０に示す円筒型トランスデューサ１１１において媒質排除体積を大きくするためには、振動子の長さや径を大きくして音響放射板の変位を大きくする必要があり、音響トランスデューサ自体の寸法が大きくなると共に重量が重くなってしまうという問題があった。そこで、これらの音響トランスデューサは寸法などの制限から概ね１ｋＨｚ以上の周波数で使用されているのが現状である。
【００１１】
また、図１１に示すフレクステンショナル型トランスデューサ１２１、図１２に示す特許文献１による屈曲円板型トランスデューサ１３１において媒質排除体積を増大させるためには、音響放射板の面積を増加する必要があり、この場合も音響トランスデューサ自体の寸法が大きくなると共に重量が重くなってしまう。
特に、屈曲振動板に質量が大きな圧電セラミックが使用されている場合には、振幅の大きい場所に大きな質量を有する構造になることとなり、低い共振周波数が得られるが、重量が重くなると共に共振周波数の先鋭度が高くなり、広帯域での音響放射には適さないという問題があった。
【００１２】
また、図１３に示すバレルステーブ型トランスデューサ１４１は、隣り合う音響放射板間に隙間が必要なため、水密のために全体をモールドすると、水圧により隙間ｄ１の振動が阻害されて音響放射の効率が低下することがあった。
また、空中で使用されている動電型のスピーカも、媒質排除体積を増大させるためには、より大きなコーン紙を用いることが行われ、結果としてスピーカの寸法が大きくなってしまう。また、圧電スピーカのように圧電振動子を振動板に張り合わせて音響放射する方式の場合においても、媒質排除体積を増大させるためには、振動板の直径を大きくする必要があった。
【００１３】
また、水中航走体や曳航体に音響トランスデューサを装備する場合に、その比重は媒質（水）の比重に近いかむしろ小さいことが望まれる。比重が媒質より大きいと、水中航走体の場合は音響トランスデューサを浮かせるための浮力材を必要とし、浮力体を設けるスペースが無い曳航体の場合は音響トランスデューサが下垂してしまう。従来の低周波数の音響放射が可能な音響トランスデューサには、振動子に圧電セラミックが使用されている割合が多く、その比重は１以上となっている。
【００１４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、振動子や音響放射板の形状を大きくせずに音響放射板の周囲にある媒質を効率よく排除できる音響トランスデューサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明に係る音響トランスデューサは、空中または水中に音波を放射する音響トランスデューサにおいて、前記音響トランデューサの中心部に延在する軸部材と、前記軸部材の周囲に軸方向を同じくして配列された４以上の偶数のチャネルと、隣り合う前記チャネル間に配設された円筒を径方向に分割した形状で音響放射板と、前記軸部材および前記チャネルと連結し振動子を備える板部材とを備え、前記軸部材に近づく方向に湾曲する前記音響放射板と前記軸部材から離れる方向に湾曲する前記音響放射板とが交互に配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、音響放射板や振動子の大きさ大きくせずに音響放射面の周囲にある媒質を効率よく排除できるので、低周波数の音響放射ができると共に音響トランデューサの小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は図１に示す音響トランスデューサの動作を説明する図である。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は第一の実施の形態による圧電振動子の配設方法を示す図である。
【図４】第二の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は第二の実施の形態による圧電振動子の配設方法を示す図である。
【図６】第三の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図である。
【図７】（ａ）は第四の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】第五の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図である。
【図９】（ａ）は従来のボルト締めランジュバン型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】従来の円筒型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】従来のフレクステンショナル型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１２】従来の屈曲円板型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１３】従来のバレルステーブ型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の第一の実施の形態による音響トランスデューサについて、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、第一の実施の形態による音響トランスデューサ１ａは、中心部に延在するシャフト（軸部材）２の周囲に軸方向を同じくして８本のチャネル３が配設されている。シャフト２はチャネル３よりも軸方向に長く形成されて、シャフト２の先端部２ａと各チャネル３の先端部３ａとは連結部材４によって連結されている。
シャフト２を中心に周方向に隣り合うチャネル３間には、第一および第二の音響放射板５、６が交互に配設されている。
【００１９】
第一および第二の音響放射板５、６は、可撓性を有し、水などの媒質Ｍに音波を放射する部材である。第一の音響放射板５は、隣り合うチャネル３または連結部材４の間に配設された際に、径方向外側（媒質Ｍ側）に湾曲している。第二の音響放射板６は、隣り合うチャネル３または連結部材４の間に配設された際に、径方向内側（シャフト２側）に湾曲している。ここで、配設された第一および第二の音響放射板５、６に対してシャフト２側を内側とし、媒質Ｍ側を外側として以下説明する。
【００２０】
また、隣り合う連結部材４間にも第一の音響放射板５と底面の曲率半径を同じくする部分円錐面をなす第三の音響放射板５ａと第二の音響放射板６と底面の曲率半径を同じくする部分円錐面をなす第四の音響放射板６ａが交互に配設されている。
第一、第二、第三、第四の音響放射板５、６、５ａ、５ｂは、合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成され、ハニカム構造の部材である。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、シャフト２との周囲には放射状に板状の屈曲振動板７が配設されており、屈曲振動板７はシャフト２およびチャネル３と連結されている。屈曲振動板７の片面には板状の圧電振動子（振動子）８が接着されている。この屈曲振動板７と圧電振動子８はユニモルフ構造の屈曲振動モジュール９を形成している。
屈曲振動板７はチャネル３を介して第一および第二の音響放射板５、６に連結されている。
チャネル３および屈曲振動板７は合成樹脂や合成樹脂を含む材料で形成され、ハニカム構造または積層構造の部材とする。なお、チャネル３は金属やセラミックなどの密度の高い材料によって形成されていてもよい。
このように構成された音響トランスデューサ１ａの全体は、図示しない合成樹脂などによってモールドされており、周囲の水などの媒質Ｍから電気的に絶縁されている。なお、モールドの材料は合成樹脂に限らず、所要の耐水圧性により、モールドの材料や厚さを最適に設定すればよい。
【００２２】
次に、第一の実施の形態による音響トランスデューサ１ａの動作について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電振動子８は所定の印加電圧を受けると伸縮しようとする変位が発生する。圧電振動子８が屈曲振動板７に接着されているので、圧電振動子８の変位によって屈曲振動板７は屈曲する変位を発生する。
そして、屈曲振動板７が変位することによってチャネル３が変位し、チャネル３と連結された第一および第二の音響放射板５、６が変位する。また、連結部材４間に配設された第三および第四の音響放射板５ａ、６ｂも連結部材４を介して伝達するチャネル３の変位にあわせて変位する。
【００２３】
第一および第二の音響放射板５、６による媒質排除について、図面を用いて説明する。
隣り合う第一および第二の音響放射板５、６は、それぞれ湾曲した形状をしており、隣り合うチャネル３の間隔が大きくなると湾曲の曲率（撓み）が小さくなる変位をし、隣り合うチャネル３の間隔が小さくなると湾曲の曲率（撓み）が大きくなる変位をする。
ここで、第一の音響放射板５は、チャネル３の間隔が大きくなると、図２（ｂ）に示すように湾曲の曲率が減り媒質排除が減る内側方向への変位となり、チャネル３の間隔が狭くなると、図２（ａ）に示すように湾曲の曲率が増え媒質排除が増す外側方向への変位となる。
一方、第二の音響放射板６は、チャネル３の間隔が大きくなると、図２（ａ）に示すように湾曲の曲率が減り媒質排除の増える外側方向への変位となり、チャネル３の間隔が狭くなると、図２（ｂ）に示すように湾曲の曲率が増え媒質排除の減る内側方向への変位となる。
このとき、連結部材４間に配設された第三および第四の音響放射板５ａ、６ｂも連結部材４を介して伝達するチャネル３の変位にあわせて変位し、第一および第二の音響放射板５、６と同様に変位することとなる。
【００２４】
隣り合う屈曲振動モジュール９は、その屈曲方向が逆方向となり、チャネル３側の端部の変位がそれぞれ近づく変位と遠ざかる変位となるように、圧電振動子８の貼付位置、圧電振動子８の分極方向、圧電振動子８を接続するリード線の接続方向を調整する。
例えば、図３（ａ）に示すように、シャフト２を中心とする周方向において、隣り合う圧電振動子８の分極方向を逆向きとし、各屈曲振動板７に対して圧電振動子８を接着する面を交互に変える。
また、例えば、図３（ｂ）に示すように、シャフト２を中心とする周方向において、隣り合う圧電振動子８の分極方向を逆向きとし、各屈曲振動板７に対して圧電振動子８を接着する面を同じとする。
また、例えば、図３（ｃ）に示すように、シャフト２を中心とする周方向において、隣り合う圧電振動子８の分極方向を同じ向きとし、各圧電振動子８を交互に接続する。
このように圧電振動子８を配設することによって、ある２つの隣り合う屈曲振動板７が離れる変位をして、これらの屈曲振動板７と連結したチャネル３間の間隔が広くなると、これらの屈曲振動板７は、もう一方の隣に配設された屈曲振動板７とは近づく変位をし、これらの屈曲振動板７と連結したチャネル３間の間隔が狭くなる。
【００２５】
そして、隣り合うチャネル３間には第一及び第二の音響放射板５、６が交互に配設されていることから、駆動電圧の印加により第一及び第二の音響放射板５、６の媒質排除の方向は、図２にしめすような全体で外向きの媒質排除方向となるか図３に示す全体で内向きの媒質排除方向になる。
このとき、シャフト２に対して回転対称となるように同じ構造の屈曲振動モジュール９を放射状に複数配置することにより変位のバランスを保つことができる。 そして、この変位が駆動電圧により繰り返し発生することから、シャフト２を中心として周囲に均一に音響放射することが可能となる。
なお、第一および第二の音響放射板５、６は使用する周波数に基づく音響負荷等を勘案して最適な屈曲率に設定する。
【００２６】
このとき、シャフト２と連結部材４との間隔は、シャフト２の先端部２ａに近づくにつれて狭くなることにより、連結部材４や第三および第四の音響放射板５ａ、６ｂの変位を徐々に変化させることができ、シャフト２の先端部２ａ付近の変位の低減を避けることが可能となる。
また、屈曲振動モジュール９の屈曲振動の共振周波数を第一および第二の音響放射板５、６の共振周波数と一致させることにより、第一および第二の音響放射板５、６の変位と屈曲振動板７の変位とを重畳させることができ、より電気音響変換効率をあげることができる。
また、放射する音響周波数すなわち駆動電圧の周波数に、屈曲振動モジュール９と第一および第二の音響放射板５、６の共振周波数を一致させる構造とすることによりさらに電気音響変換効率をあげることができる。
【００２７】
次に、第一の実施の形態による音響トランスデューサの作用効果について、図面を用いて説明する。
第一の実施の形態による音響トランスデューサ１ａは、外側に湾曲した第一および第三の音響放射板５、５ａと内側に湾曲した第二および第四の音響放射板６、６ａとが交互に配設されて、その曲率を変化させて音響放射をすることから、平面的な音響放射板を使用した従来の音響トランスデューサと比べて変位を拡大できて、大きな音響排除体積が確保でき、低周波数の音響放射を実現できる作用効果を奏する。
また、屈曲振動板７に圧電振動子８を接着することにより、屈曲振動板７が屈曲振動するので、縦振動よりも共振周波数を低くすることができ、出力周波数を低くすることができる。
また、第一および第二の音響放射板５、６が湾曲し、これらが交互に配列されていて、その曲率を変化させて効率的に媒質排除を行っているので、圧電振動子８や第一および第二の音響放射板５、６の形状を大きくする必要がなく、音響トランスデューサ１ａの軽量化を図ることができる。
【００２８】
また、第一及び第二の音響放射板５、６は、合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されてハニカム構造の部材とすることにより軽量でかつ強度が保たれた部材とすることができ、音響トランスデューサ１ａの軽量化を図ることができる。
また、チャネル３および屈曲振動板７を合成樹脂または合成樹脂を含む材料をハニカム構造や積層構造に形成した部材とすることにより軽量でかつ強度が確保された部材とすることができ、音響トランスデューサ１ａの軽量化を図ることができる。
なお、第一及び第二の音響放射板５、６、屈曲振動板７およびチャネル３は、金属など他の材料を用いてもよいことはいうまでもない。
【００２９】
次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図４に示すように、第二の実施の形態による音響トランスデューサ１ｂは、各屈曲振動板１７の両側に圧電振動子１８が接着されている、この屈曲振動板１７と圧電振動子１８とで屈曲振動モジュール１９が構成されている。
このとき、シャフト１２中心として周方向に隣り合う屈曲振動板１７の変位方向が逆方向となるように、圧電振動子１８の分極方向および接続を調整する。
例えば、図５（ａ）に示すように。屈曲振動板１７の両面に同じ分極方向の圧電振動子を配設し、隣り合う屈曲振動板１７では圧電振動子１８の分極方向が逆となるようにする。
また、例えば、図５（ｂ）に示すように、屈曲振動板１７の両面に逆の分極方向の圧電振動子１８を配設し、これらの圧電振動子１８の接続方向を逆にし、隣り合う屈曲振動板１７では圧電振動子１８の分極方向が逆となるようにする。
【００３０】
第二の実施の形態による音響トランスデューサ１ｂによれば、屈曲振動板１７の両面に圧電振動子１８が接着されているので、第一の実施の形態と比べて確実に屈曲振動板１７を屈曲振動させることができる。
【００３１】
図６に示すように、第三の実施の形態による音響トランスデューサ１ｃは、第一の実施の形態による屈曲振動モジュール９の代わりに、シャフト２２の周囲に放射状に配設されて、シャフト２２およびチャネル２３と連結した可撓性を有する変位拡大板２７と、隣り合う変位拡大板２７の間のシャフト２近傍に設けられた圧電振動子スタック２８とを備える構造である。 変位拡大板２７は合成樹脂や合成樹脂を含む材料で形成し、ハニカム構造や積層構造の部材とする。
圧電振動子スタック２８は、板状の圧電振動子が積層された構造で、ある圧電振動子スタック２８の一方が伸長すると、その圧電振動子スタック２８と隣り合う圧電振動子スタック２８が縮小するように、圧電振動子スタックを構成する圧電振動子の接続線の極性を交互に反転させる、あるいは圧電振動子の分極方向を逆にするなどして調整する。そして、この伸長する圧電振動子スタック２８と縮小する圧電振動子スタック２８とを交互に各変位拡大板２７間に配設する。
【００３２】
圧電振動子スタック２８が変位し伸張すると、その両端に連結された変位拡大板２７が離れる方向に変位する。このとき、圧電振動子スタック２８はシャフト２２近傍に配設されているので、変位拡大板２７のチャネル２３側の端部は圧電振動子スタック２８の伸縮よりも大きく変位し、チャネル２３を大きく変位させることができる。そして、チャネル２３が大きく変位することによって、圧電振動子スタック２８の振動は拡大されて第一および第二の音響放射板２５、２６に伝達し、第一および第二の音響放射板２５、２６はその曲率を大きく変化させて変位し媒質排除を行うことができる。
また、圧電振動子スタック２８が変位し縮小する場合も、圧電振動子スタック２８の変位が第一および第二の音響放射板２５、２６に拡大して伝達される。
このとき、変位拡大板２７の屈曲振動の共振周波数を第一および第二の音響放射板２５、２６の共振周波数と一致させることにより、より電気音響変換効率をあげることができる。また、放射する音響周波数すなわち駆動電圧の周波数に、変位拡大板２７と第一および第二の音響放射板２５、２６の共振周波数を一致させる構造とすることによりさらに電気音響変換効率をあげることができる。
【００３３】
第三の実施の形態による音響トランスデューサ１ｃによれば、圧電振動子スタック２８が変位拡大板２７のシャフト２２近傍に設けられていることにより、圧電振動子スタック２８の変位が拡大されて第一および第二の音響放射板２５、２６に伝達するので、圧電振動子スタック２８の変位に対して第一および第二の音響放射板２５、２６による媒質排除を大きくさせることができる。
【００３４】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第四の実施の形態による音響トランスデューサ１ｄは、シャフト３２の両端部３２ａにエンドプレート４１が設けられていて、第一の実施の形態による連結部材は設けられていない構成である。チャネル３３の先端部３３ａおよび第一および第二の音響放射板３５、３６の端部３５ａ、３５ｂと、エンドプレート４１との間には緩衝材４２が設けてられている。そして、エンドプレート４１と、屈曲振動モジュールと３９の間には隙間ｄが設けられている。
このとき、所要の耐水圧性により緩衝材４２の硬軟や厚さ、モールドの材料や厚さを最適に設定する。
第四の実施の形態による音響トランスデューサ１ｄによれば、第一の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００３５】
図８に示すように、第五の実施の形態による音響トランスデューサ１ｅでは、第一の実施の形態による連結部材や第四の実施の形態によるエンドプレートを設けず、第一および第二の音響放射板５５、５６の両面に媒質Ｍが接触する構成である。
第五の実施の形態によれば、チャネル５３と第一および第二の音響放射板５５、５６で筒部を構成し、その内部の水（媒質Ｍ）の水柱共振を利用することや、この筒部の内部に、小さな貫流孔を備える容器を設けてヘルムホルツの共鳴構造とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の活用例として、水中または空中に音響を放射する送波器として利用することが考えられる。
【００３７】
以上、本発明による音響トランスデューサの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、シャフトを中心に８本のチャネルを配設しているが、チャネルの数はそのほかの数としてもよい。
例えば、上述した実施の形態では、第一及び第二の音響放射板は合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていて、この材料をハニカム構造の部材としているが、そのほかの材料で形成されてもよい。
また、上記の実施の形態ではチャネル３および屈曲振動板７は合成樹脂や合成樹脂を含む材料で形成し、ハニカム構造や積層構造の部材としているが、このほかの材料で形成されてもよく、ハニカム構造や積層構造の部材でなくてもよい。
また、上記の第三の実施の形態では変位拡大板２７は合成樹脂や合成樹脂を含む材料で形成し、ハニカム構造や積層構造としているが、このほかの材料で形成されてもよく、ハニカム構造や積層構造でなくてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ 音響トランスデューサ
２、１２、２２、３２、 シャフト（軸部材）
３、１３、２３、３３、５３ チャネル
４ 連結部材
５、１５、２５、３５、５５ 第一の音響放射板
５ａ 第三の音響放射板
６、１６、２６、３６、５６ 第二の音響放射板
６ａ 第四の音響放射板
７、１７ 屈曲振動板
８、１８圧電振動子（振動子）
４１ エンドプレート
４２ 緩衝材
ｄ 隙間
Ｍ 媒質
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中または水中などの媒質に音波を放射する音響トランスデューサにおいて、
前記音響トランスデューサの中心部に延在する軸部材と、
前記軸部材を中心軸とし、周方向に間隔をあけて配設されたチャネルと、
周方向に隣り合う前記チャネル間に交互に配設された第一および第二の音響放射板と
前記軸部材および前記チャネルと連結し振動子を備える複数の板部材とを備え、前記第一の音響放射板は前記軸部材の軸に交差する平面における断面形状が外側に湾曲し、前記第二の音響放射板は前記軸部材の軸に交差する平面における断面形状が内側に湾曲していることを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項２】
前記振動子は隣り合う前記屈曲振動板を互いに逆方向に変位させることを特徴とする請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項３】
前記軸部材は前記チャネルよりも長く形成され、前記軸部材の先端部と複数の前記チャネルの先端部とをそれぞれ連結する複数の連結部材が設けられていて、周方向に隣り合うの連結部材間に、前記第一の音響放射板と底面の曲率半径を同じくする部分円錐面をなす第三の音響放射板と、前記第二の音響放射板と底面の曲率半径を同じくする部分円錐面をなす第四の音響放射板とが配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の音響トランスデューサ。
【請求項４】
前記第三および第四の音響放射板は合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の音響トランスデューサ。
【請求項５】
前記第三および第四の音響放射板はハニカム構造の材料で形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の音響トランスデューサ。
【請求項６】
前記軸部材の両端部にはエンドプレートが設けられていて、前記チャネルおよび前記音響放射板と前記エンドプレートとの間には緩衝材が設けられ、前記板部材と前記エンドプレートとは離間していることを特徴とする請求項１または２に記載の音響トランスデューサ。
【請求項７】
前記板部材は前記振動子を片面に備える屈曲振動板であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項８】
前記板部材は前記振動子を両面に備える屈曲振動板であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項９】
隣り合う前記板部材の間には前記板部材を連結する振動子を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１０】
前記振動子の変位による前記板部材の共振周波数と、前記音響放射板の共振周波数とが等しいことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１１】
前記第一および第二の音響放射板は合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１２】
前記第一および第二の音響放射板はハニカム構造の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１３】
前記板部材は、合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１４】
前記板部材は、ハニカム構造または積層構造の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１５】
前記チャネルは、合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１６】
前記チャネルは、ハニカム構造または積層構造の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１７】
前記チャネルは、金属またはセラミックによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１】
空中または水中などの媒質に音波を放射する音響トランスデューサにおいて、
前記音響トランスデューサの中心部に延在する軸部材と、
前記軸部材を中心軸とし、周方向に間隔をあけて配設されたチャネルと、
周方向に隣り合う前記チャネル間に交互に配設された第一および第二の音響放射板と
前記軸部材および前記チャネルと連結し振動子を備える複数の板部材とを備え、前記第一の音響放射板は前記軸部材の軸に交差する平面における断面形状が外側に湾曲し、前記第二の音響放射板は前記軸部材の軸に交差する平面における断面形状が内側に湾曲していることを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項２】
前記振動子は隣り合う前記屈曲振動板を互いに逆方向に変位させることを特徴とする請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項３】
前記軸部材は前記チャネルよりも長く形成され、前記軸部材の先端部と複数の前記チャネルの先端部とをそれぞれ連結する複数の連結部材が設けられていて、周方向に隣り合うの連結部材間に、前記第一の音響放射板と底面の曲率半径を同じくする部分円錐面をなす第三の音響放射板と、前記第二の音響放射板と底面の曲率半径を同じくする部分円錐面をなす第四の音響放射板とが配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の音響トランスデューサ。
【請求項４】
前記第三および第四の音響放射板は合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の音響トランスデューサ。
【請求項５】
前記第三および第四の音響放射板はハニカム構造の材料で形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の音響トランスデューサ。
【請求項６】
前記軸部材の両端部にはエンドプレートが設けられていて、前記チャネルおよび前記音響放射板と前記エンドプレートとの間には緩衝材が設けられ、前記板部材と前記エンドプレートとは離間していることを特徴とする請求項１または２に記載の音響トランスデューサ。
【請求項７】
前記板部材は前記振動子を片面に備える屈曲振動板であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項８】
前記板部材は前記振動子を両面に備える屈曲振動板であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項９】
隣り合う前記板部材の間には前記板部材を連結する振動子を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１０】
前記振動子の変位による前記板部材の共振周波数と、前記音響放射板の共振周波数とが等しいことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１１】
前記第一および第二の音響放射板は合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１２】
前記第一および第二の音響放射板はハニカム構造の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１３】
前記板部材は、合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１４】
前記板部材は、ハニカム構造または積層構造の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１５】
前記チャネルは、合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１６】
前記チャネルは、ハニカム構造または積層構造の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【請求項１７】
前記チャネルは、金属またはセラミックによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１５２７１（Ｐ２０１１−１５２７１Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５８７７４（Ｐ２００９−１５８７７４）
【出願日】平成２１年７月３日（２００９．７．３）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３日（２００９．７．３）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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